碾壓混凝土壩滲流時空多尺度演變特性及監(jiān)控方法研究

碾壓混凝土壩在諸多的大壩建設中得到廣泛運用，由于筑壩技術的特殊性，存在大量施工層面，碾壓混凝土壩碾壓層面滲流變異引發(fā)的大壩安全隱患問題。本項目針對碾壓混凝土壩材料和結構的特點，基于碾壓混凝土壩試驗資料、原型觀測、監(jiān)測資料，綜合應用理論分析、數(shù)值模擬、工程類比等手段，對碾壓混凝土壩滲透系數(shù)的變異特性、時變特性以及滲流安全監(jiān)控模型和監(jiān)控指標等進行了較為系統(tǒng)的研究，取得了以下成果： （1）利用碾壓混凝土壩的施工壓實機理和滲透試驗成果，分析了碾壓本體和施工層面滲透系數(shù)的變異特性；對碾壓混凝土壩常規(guī)滲流分析方法進行了探討，采用層合單元和薄層單元仿真分析了壩體滲流場；據(jù)此研究并提出了碾壓混凝土壩滲流場變異特性的數(shù)值分析方法。 （2）基于碾壓混凝土壩滲流監(jiān)測資料和滲透試驗成果，研究了碾壓混凝土滲透系數(shù)隨時間的演變規(guī)律，并利用Gauss-Newton算法和隨機爬山法以及Bayes參數(shù)識別方法，反演分析了碾壓混凝土壩各部位的滲透系數(shù)，建立了碾壓混凝土壩滲透系數(shù)時空分布模型。 （3）根據(jù)碾壓混凝土壩本體和層面的滲流空間特性，研究并構建了本體和層面水壓分量的表達式，建立了碾壓混凝土壩滲壓的確定性和隨機安全監(jiān)控模型和安全監(jiān)控指標。 （4）根據(jù)碾壓混凝土拌和物不同材料介電常數(shù)的差異性，以及介電常數(shù)與含濕率之間關系來計算拌合物含濕率，研發(fā)了一套適用于碾壓混凝土自身重特點的含濕率測試儀器，并將研究成果運用于現(xiàn)場施工，提出高寒高海拔條件下的快速控制層間質量碾壓施工方法。 2100433B

碾壓混凝土壩建造施工技術作為近20多年來采用的新型筑壩技術，正契合了我國大規(guī)模水電工程建設的發(fā)展需求，在諸多的大壩建設中得到廣泛運用。由于筑壩技術的特殊性，存在大量施工層面，碾壓混凝土壩碾壓層面滲流變異引發(fā)的大壩安全隱患問題。本項目針對碾壓混凝土壩材料和結構的特點，基于碾壓混凝土壩試驗資料、原型觀測、監(jiān)測資料，綜合應用理論分析、數(shù)值模擬、工程類比等手段，重點針對碾壓混凝土壩滲流空間分布和時間演變規(guī)律以及滲流實時監(jiān)控模型和監(jiān)控指標兩個關鍵科學問題，提出碾壓混凝土壩滲流時空多尺度演化特性及監(jiān)控方法：研究碾壓混凝土壩本體和層面滲透系數(shù)的變異特性，揭示碾壓混凝土壩隨滲透歷時延長引起的時空演化規(guī)律，建立滲流安全監(jiān)控模型，對監(jiān)控指標進行較為系統(tǒng)的研究。預期在國內外重要期刊上發(fā)表學術論文5-8篇（其中SCI、EI、ISTP收錄3篇）。

碾壓混凝土壩結構獨特、影響因素眾多，導致其工作性態(tài)演變過程的復雜性，目前突出碾壓混凝土壩含有施工層面的結構特點，對其工作性態(tài)演變分析方法的系統(tǒng)研究還不夠深入。鑒于此，本項目綜合應用試驗、理論分析、數(shù)值模擬成果，充分利用安全監(jiān)測資料，開展碾壓混凝土壩工作性態(tài)演變機理和規(guī)律研究，提出層面厚度和滲透系數(shù)等參數(shù)的確定方法，開發(fā)綜合反映碾壓混凝土壩層面影響的有限元結構分析程序，建立滲流、變形等工作性態(tài)演變分析模型，揭示滲流、變形等工作性態(tài)演變的機理和規(guī)律，探究滲流、變形等性態(tài)變化趨勢的表征方法，以及相應的狀態(tài)判別方法；在此基礎上，研究多效應量融合的碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化綜合評判方法，構建碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化的多層次綜合分析指標體系，提出不確定性的描述和度量方法，及不確定性因素交叉關系的處理方法，對碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化進行全面評判和監(jiān)控，為碾壓混凝土壩有效維護和正確調度提供科學依據(jù)。 2100433B

重點針對混凝土壩穩(wěn)定安全性時空多尺度分析與監(jiān)控方法主題，考慮到庫水壓力、溫度、滲流、基巖、周圍環(huán)境、施工等復雜因素以及監(jiān)測系統(tǒng)或監(jiān)測儀器出現(xiàn)各類故障等不確定因素的作用，開展復雜因素作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性多尺度數(shù)據(jù)估計研究，提出混凝土壩穩(wěn)定安全性監(jiān)控多尺度數(shù)據(jù)估計預測方法；鑒于壩基內多條相互切割交錯的斷層或軟弱夾層以及各滑動面的材料力學性質及計算參數(shù)的差異性，開展復雜因素作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性隨機動態(tài)分析模型研究，建立混凝土壩整體抗滑穩(wěn)定的時空四維轉異診斷模型及尖點失穩(wěn)判據(jù)；基于多源信息融合的思想，利用混凝土壩運行過程中各種性能參數(shù)和環(huán)境動態(tài)監(jiān)測信息，開展多因素協(xié)同作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性監(jiān)控信息集成融合推理分析研究，構建混凝土壩穩(wěn)定安全性多源信息實時監(jiān)控推理分析體系，研發(fā)多源信息集成融合推理分析系統(tǒng)實時監(jiān)控大壩運行，為混凝土壩健康長效服役和防災減災提供源頭技術支持和科學依據(jù)。

近年來，隨著我國政治、經(jīng)濟、文化與社會活動日趨活躍，大型活動已經(jīng)成為促進經(jīng)濟發(fā)展和文化交流的重要載體，對大型的群體活動的有效監(jiān)控成為城市管理必不可少的一部分。本課題利用流體動力學和因果關聯(lián)性分析的相關理論，對多源大尺度群體監(jiān)控問題進行研究，揭示多源大尺度群體事件的演化規(guī)律。提出了基于視頻結構特性分析的時空域特征提取算法、人群行為異常感知及因果事態(tài)推演建模分析、實現(xiàn)不同尺度群體的密度、分布及運動結構重要特征描述及異常行為的快速高效感知。課題研究期間，共發(fā)表主要期刊論文7篇，國際會議8篇（獲得1篇最佳會議論文獎），申請國家發(fā)明專利9項（已授權2項），培養(yǎng)博士研究生3人，碩士研究生4人。結合實際城市公共安全圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實戰(zhàn)應用，在上海市公安局搭建了高清圖像監(jiān)控基于多源監(jiān)控視頻大尺度群體異常行為感知系統(tǒng)演示平臺，并設計有效的針對人群分析的半自動基礎數(shù)據(jù)標注系統(tǒng)。本課題對提高我國群體性事件的防控能力，實現(xiàn)城市公共安全智能化、信息化管理具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。